Les stellarators étaient initialement plus prometteurs que les tokamaks avant que leur technologie ne bute sur de sérieux obstacles. L'un d'entre eux, Wendelstein 7-X, vient pourtant de démarrer en produisant du plasma de façon prometteuse. Mais le chemin vers la production d'électricité reste encore long et semé d'embûches.
Comme nous l'expliquions dans un précédent article, la construction, en Allemagne, du stellarator Wendelstein 7-X a été menée à terme en 2014. Il s'agit d'un concurrent sérieux aux tokamaks sur la voie menant, on l'espère, à la production industrielle d'énergie en utilisant la fusion contrôlée. En effet, du début des années 1950 jusqu'à la fin des années 1960, ce ne sont pas les tokamaks russes qui semblaient porteurs des meilleurs espoirs pour contrôler la fusion thermonucléaire, opérant au cœur des étoiles. Le grand astrophysicien états-unien Lyman Spitzer (1914-1997) avait montré qu'il devait être possible de corriger les problèmes de dérive des particules de plasma confinées magnétiquement dans un tore en utilisant plutôt une forme en bretzel. La machine proposée a reçu le non évocateur de stellarator.
En creusant la question, les ingénieurs et les physiciens ont en effet réalisé qu'il faut réaliser un bobinage avec des aimants à la forme précise mais tourmentée pour que le champ magnétique confine de façon vraiment stable le plasma au sein duquel se dérouleraient des réactions de fusion. Mais la réalisation de ces aimants s'est heurtée à des problèmes presque insurmontables avec la technologie du XXe siècle. Bien que pas totalement abandonnées, les recherches sur les stellarators sont passées au second plan.
Le stellarator Wendelstein 7-X fera-t-il mieux qu’Iter, et plus tôt ? Espérons-le ! © Euronews, YouTube
Les stellarators se piloteraient plus facilement que les tokamaks
Pourtant, les stellarators permettraient en théorie de gérer bien plus efficacement le problème des « disruptions », des instabilités spontanées qui peuvent se produire dans certains régimes de fonctionnement du plasma magnétiquement confiné. De façon imagée, on pourrait se le représenter comme les analogues de la brusque apparition des éruptions solaires à la surface de notre étoile. Ces disruptions pourraient endommager la paroi d'un tokamak. Il existe cependant des moyens de lutter contre leur apparition en pilotant correctement le fonctionnement d'un tokamak comme celui d'Iter. Ce risque semble absent par construction dans le cas des stellarators.
Aujourd'hui, il semble possible que les stellarators soient finalement la meilleure solution pour atteindre le Graal de l'énergie propre et abondante dont notre civilisation a besoin pour éviter de s'effondrer si l'on en croit Jean-Marc Jancovici. Cette possibilité technique sera jaugée dans les années à venir car les membres de l'institut Max-Planck de physique des plasmas (Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, IPP) près de Greifswald ont obtenu leur premier plasma avec le stellarator Wendelstein 7-X (W7-X).
Un time-lapse montrant la réalisation du stellarator Wendelstein 7-X. © YouTube, Max-Planck-Institut für Plasmaphysik
Le stellarator aura nécéssité un million d’heures de travail
W7-X est le fruit de presque 20 années de recherche et sa construction a nécessité plus d'un million d'heures. La machine a coûté environ un milliard d'euros et la mise au point des 50 aimants supraconducteurs pesant 425 tonnes au total s'est révélée très délicate. Il aura fallu attendre ce 10 décembre 2015 pour la mettre en fonctionnement alors que son démarrage était prévu dans le courant de l'année 2006. L'utilisation des supercalculateurs a été cruciale pour le succès des opérations.
Selon l'un des chercheurs impliqués dans le fonctionnement de W7-X, Hans-Stephan Bosch : « Tout s'est passé comme prévu. Nous sommes très satisfaits ». Environ un milligramme d'hélium, le gaz le plus adapté aux premiers tests de production et de confinement du plasma, a bien été ionisé en formant un plasma chaud à une température d'un million de degrés pendant un centième de seconde.
À terme, le plasma produit devra rester stable durant 30 minutes. Dès l'année prochaine, l'hélium sera remplacé par de l'hydrogène, un préalable avant de tenter d'allumer de vraies réactions de fusion. Mais avant cela, il faut déjà étudier comme se déroule le chauffage du plasma d'hélium avec des micro-ondes, car il faut passer d'un million de degrés à plus de 100 millions de degrés pour que les réactions de fusion soient efficaces.